特許 5909351 パルスレーザ加工装置およびパルスレーザ加工方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5909351

(24)【登録日】2016年4月1日

(45)【発行日】2016年4月26日

(54)【発明の名称】パルスレーザ加工装置およびパルスレーザ加工方法

(51)【国際特許分類】

   B23K 26/066 20140101AFI20160412BHJP

   B23K 26/082 20140101ALI20160412BHJP

   B23K 26/08 20140101ALI20160412BHJP

   B23K 26/064 20140101ALI20160412BHJP

   B23K 26/00 20140101ALI20160412BHJP

   B23K 26/073 20060101ALI20160412BHJP

【ＦＩ】

   B23K26/066

   B23K26/082

   B23K26/08 D

   B23K26/064 A

   B23K26/00 M

   B23K26/073

【請求項の数】5

【全頁数】22

(21)【出願番号】特願2011-270596(P2011-270596)

(22)【出願日】2011年12月9日

(65)【公開番号】特開2013-121604(P2013-121604A)

(43)【公開日】2013年6月20日

【審査請求日】2014年10月10日

(73)【特許権者】

【識別番号】000003458

【氏名又は名称】東芝機械株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100119035

【弁理士】

【氏名又は名称】池上 徹真

(74)【代理人】

【識別番号】100088487

【弁理士】

【氏名又は名称】松山 允之

(74)【代理人】

【識別番号】100141036

【弁理士】

【氏名又は名称】須藤 章

(72)【発明者】

【氏名】林 誠

(72)【発明者】

【氏名】福山 聡

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 庄一

(72)【発明者】

【氏名】坂本 直樹

【審査官】 豊島 唯

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１０−１６７４９１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−３４５５３６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−２６３８７７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−１８６１００（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−２０４１３７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ２３Ｋ ２６／００ − ２６／７０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

クロック信号を発生する基準クロック発振回路と、
前記クロック信号に同期したパルスレーザビームを出射するレーザ発振器と、
前記クロック信号に同期して前記パルスレーザビームを１次元方向のみに走査するレーザビームスキャナと、
被加工物を載置可能で前記１次元方向に直交する方向に移動するステージと、
前記レーザ発振器と前記レーザビームスキャナとの間の光路に設けられ、前記クロック信号に同期して前記パルスレーザビームの通過と遮断を切り替えるパルスピッカーと、
前記パルスレーザビームの光パルス数に基づき、前記パルスピッカーを制御するパルスピッカー制御部と、
前記パルスピッカーと前記レーザビームスキャナとの間の光路に設けられ、前記パルスレーザビームの形状を可変とする成形アパーチャと、
前記成形アパーチャの前記光路への挿入と抜去を制御する成形アパーチャ制御部と、
前記被加工物の表面に形成する３次元形状を深さ方向に複数の２次元レイヤに分解し、前記２次元レイヤ毎の２次元データに変換し、前記２次元データから、前記パルスピッカーを制御するパルスピッカー動作データ、及び、前記成形アパーチャを制御するアパーチャ動作データを生成する加工制御部と、
を備えることを特徴とするパルスレーザ加工装置。

【請求項2】

前記成形アパーチャが第１アパーチャと前記第１アパーチャに対して独立に駆動する第２アパーチャで構成され、前記第１アパーチャと前記第２アパーチャの重なり程度により前記パルスレーザビームの形状を可変とすることを特徴とする請求項１記載のパルスレーザ加工装置。

【請求項3】

クロック信号を発生する基準クロック発振回路と、
前記クロック信号に同期した第１のパルスレーザビームを出射する第１のレーザ発振器と、
前記クロック信号に同期した第２のパルスレーザビームを出射する第２のレーザ発振器と、
前記クロック信号に同期して前記第１のパルスレーザビームの通過と遮断を切り替える第１のパルスピッカーと、
前記クロック信号に同期して前記第２のパルスレーザビームの通過と遮断を切り替える第２のパルスピッカーと、
前記第１のパルスレーザビームの光パルス数に基づき、前記第１のパルスピッカーを制御する第１のパルスピッカー制御部と、
前記第２のパルスレーザビームの光パルス数に基づき、前記第２のパルスピッカーを制御する第２のパルスピッカー制御部と、
前記第１のパルスピッカーと前記レーザビームスキャナとの間の光路、または、前記第２のパルスピッカーと前記レーザビームスキャナとの間の光路の少なくともいずれか一方に設けられ、前記第１または前記第２のパルスレーザビームの形状を可変とする成形アパーチャと、
前記クロック信号に同期して前記第１および第２のパルスレーザビームを１次元方向のみに走査するレーザビームスキャナと、
被加工物を載置可能で前記１次元方向に直交する方向に移動するステージと、
前記成形アパーチャの前記光路への挿入と抜去を制御する成形アパーチャ制御部と、
前記被加工物の表面に形成する３次元形状を深さ方向に複数の２次元レイヤに分解し、前記２次元レイヤ毎の２次元データに変換し、前記２次元データから、前記第１のパルスピッカーを制御する第１のパルスピッカー動作データ、前記第２のパルスピッカーを制御する第２のパルスピッカー動作データ、及び、前記成形アパーチャを制御するアパーチャ動作データを生成する加工制御部と、
を備えることを特徴とするパルスレーザ加工装置。

【請求項4】

前記成形アパーチャが第１アパーチャと前記第１アパーチャに対して独立に駆動する第２アパーチャで構成され、前記第１アパーチャと前記第２アパーチャの重なり程度により前記パルスレーザビームの形状を可変とすることを特徴とする請求項３記載のパルスレーザ加工装置。

【請求項5】

ステージに被加工物を載置し、
クロック信号を発生し、
前記クロック信号に同期したパルスレーザビームを出射し、
前記パルスレーザビームの光パルス数に基づき、パルスピッカーを用いて、前記クロック信号に同期して前記パルスレーザビームの照射と非照射を切り替え、
前記被加工物に照射される前記パルスレーザビームの形状を、成形アパーチャを用いて前記被加工物の加工中に変化させ、
前記被加工物表面に、前記パルスレーザビームを前記クロック信号に同期してレーザビームスキャナにより１次元方向に走査し、
前記パルスレーザビームを前記１次元方向に走査した後に、前記１次元方向に直交する方向に前記ステージを移動して、更に前記クロック信号に同期して前記パルスレーザビームを前記１次元方向に走査するパルスレーザ加工方法であって、
前記被加工物の表面に形成する３次元形状を深さ方向に第１及び第２の２次元レイヤに分解し、前記第１及び第２の２次元レイヤ毎の第１及び第２の２次元データに変換し、前記第１及び第２の２次元データから、前記パルスピッカーを制御する第１及び第２のパルスピッカー動作データ、及び、前記成形アパーチャを制御する第１及び第２のアパーチャ動作データを生成し、
前記第１のパルスピッカー動作データに基づき、前記パルスピッカーを制御して前記パルスレーザビームの照射と非照射を切り替え、前記第１のアパーチャ動作データを用いて前記成形アパーチャを制御して前記パルスレーザビームの形状を前記被加工物の加工中に変化させて、前記第１の２次元レイヤの加工を行い、
前記第２のパルスピッカー動作データに基づき、前記パルスピッカーを制御して前記パルスレーザビームの照射と非照射を切り替え、前記第２のアパーチャ動作データを用いて前記成形アパーチャを制御して前記パルスレーザビームの形状を前記被加工物の加工中に変化させて、前記第２の２次元レイヤの加工を行うことを特徴とするパルスレーザ加工方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、パルスレーザビームにより被加工物表面を加工するパルスレーザ加工装置およびパルスレーザ加工方法に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、例えば液晶パネルのようなフラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）は、その大型化に伴い、例えばμｍオーダーあるいはそれ以下の高精度の微細加工が大面積の領域に施された部材を必要としてきている。そして、従来の機械加工では作成が難しい、シート作成用大型ロール金型、止まり溝や深いマイクロレンズ用の微細形状をもつ金型、難削材等の微細加工について種々に検討されている。

【0003】

一方、パルス幅がピコ秒（ｐｓ）オーダー以下になる超短パルスレーザビームを用いたアブレーション加工により、例えば金属表面に１μｍ以下の微細パターンを容易に形成できることが知られている。そして、これまで、この超短パルスレーザ加工により、樹脂を含む高分子材、半導体材、ガラス材、金属材等からなる被加工物の表面を加工する技術について種々の方法が提示されている（例えば、特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特許４６１２７３３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

超短パルスレーザ加工においては、被加工物表面に形成するパターンの形状を設計上の形状に忠実に形成することが望まれる。もっとも、パターンの形状によって、設計上の形状に忠実に形成する上で好ましいパルスレーザビーム形状が異なっている場合がある。例えば、パターンの曲線部は円形のビームで照射することが望ましく、パターンの直線部は矩形のビームで照射することが望ましい。

【0006】

本発明は、上記事情に鑑み、パルスレーザビームの形状を成型アパーチャを用いて可変とすることで、被加工物表面に形成するパターンの形状を設計上の形状に忠実に形成するパルスレーザ加工装置およびパルスレーザ加工方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明の一態様のパルスレーザ加工装置は、クロック信号を発生する基準クロック発振回路と、前記クロック信号に同期したパルスレーザビームを出射するレーザ発振器と、前記クロック信号に同期して前記パルスレーザビームを１次元方向のみに走査するレーザビームスキャナと、被加工物を載置可能で前記１次元方向に直交する方向に移動するステージと、前記レーザ発振器と前記レーザビームスキャナとの間の光路に設けられ、前記クロック信号に同期して前記パルスレーザビームの通過と遮断を切り替えるパルスピッカーと、前記パルスレーザビームの光パルス数に基づき、前記パルスピッカーを制御するパルスピッカー制御部と、前記パルスピッカーと前記レーザビームスキャナとの間の光路に設けられ、前記パルスレーザビームの形状を可変とする成形アパーチャと、前記成形アパーチャの前記光路への挿入と抜去を制御する成形アパーチャ制御部と、前記被加工物の表面に形成する３次元形状を深さ方向に複数の２次元レイヤに分解し、前記２次元レイヤ毎の２次元データに変換し、前記２次元データから、前記パルスピッカーを制御するパルスピッカー動作データ、及び、前記成形アパーチャを制御するアパーチャ動作データを生成する加工制御部と、を備えることを特徴とする。

【0008】

上記態様の装置において、前記成形アパーチャが第１アパーチャと前記第１アパーチャに対して独立に駆動する第２アパーチャで構成され、前記第１アパーチャと前記第２アパーチャの重なり程度により前記パルスレーザビームの形状を可変とすることが望ましい。

【0009】

本発明の別の態様のパルスレーザ加工装置は、クロック信号を発生する基準クロック発振回路と、前記クロック信号に同期した第１のパルスレーザビームを出射する第１のレーザ発振器と、前記クロック信号に同期した第２のパルスレーザビームを出射する第２のレーザ発振器と、前記クロック信号に同期して前記第１のパルスレーザビームの通過と遮断を切り替える第１のパルスピッカーと、前記クロック信号に同期して前記第２のパルスレーザビームの通過と遮断を切り替える第２のパルスピッカーと、前記第１のパルスレーザビームの光パルス数に基づき、前記第１のパルスピッカーを制御する第１のパルスピッカー制御部と、前記第２のパルスレーザビームの光パルス数に基づき、前記第２のパルスピッカーを制御する第２のパルスピッカー制御部と、前記第１のパルスピッカーと前記レーザビームスキャナとの間の光路、または、前記第２のパルスピッカーと前記レーザビームスキャナとの間の光路の少なくともいずれか一方に設けられ、前記第１または前記第２のパルスレーザビームの形状を可変とする成形アパーチャと、前記クロック信号に同期して前記第１および第２のパルスレーザビームを１次元方向のみに走査するレーザビームスキャナと、被加工物を載置可能で前記１次元方向に直交する方向に移動するステージと、前記成形アパーチャの前記光路への挿入と抜去を制御する成形アパーチャ制御部と、前記被加工物の表面に形成する３次元形状を深さ方向に複数の２次元レイヤに分解し、前記２次元レイヤ毎の２次元データに変換し、前記２次元データから、前記第１のパルスピッカーを制御する第１のパルスピッカー動作データ、前記第２のパルスピッカーを制御する第２のパルスピッカー動作データ、及び、前記成形アパーチャを制御するアパーチャ動作データを生成する加工制御部と、を備えることを特徴とする。

【0010】

上記態様の装置において、前記成形アパーチャが第１アパーチャと前記第１アパーチャに対して独立に駆動する第２アパーチャで構成され、前記第１アパーチャと前記第２アパーチャの重なり程度により前記パルスレーザビームの形状を可変とすることが望ましい。

【0011】

本発明のさらに別の態様のパルスレーザ加工方法は、ステージに被加工物を載置し、クロック信号を発生し、前記クロック信号に同期したパルスレーザビームを出射し、前記パルスレーザビームの光パルス数に基づき、パルスピッカーを用いて、前記クロック信号に同期して前記パルスレーザビームの照射と非照射を切り替え、前記被加工物に照射される前記パルスレーザビームの形状を、成形アパーチャを用いて前記被加工物の加工中に変化させ、前記被加工物表面に、前記パルスレーザビームを前記クロック信号に同期してレーザビームスキャナにより１次元方向に走査し、前記パルスレーザビームを前記１次元方向に走査した後に、前記１次元方向に直交する方向に前記ステージを移動して、更に前記クロック信号に同期して前記パルスレーザビームを前記１次元方向に走査するパルスレーザ加工方法であって、前記被加工物の表面に形成する３次元形状を深さ方向に第１及び第２の２次元レイヤに分解し、前記第１及び第２の２次元レイヤ毎の第１及び第２の２次元データに変換し、前記第１及び第２の２次元データから、前記パルスピッカーを制御する第１及び第２のパルスピッカー動作データ、及び、前記成形アパーチャを制御する第１及び第２のアパーチャ動作データを生成し、前記第１のパルスピッカー動作データに基づき、前記パルスピッカーを制御して前記パルスレーザビームの照射と非照射を切り替え、前記第１のアパーチャ動作データを用いて前記成形アパーチャを制御して前記パルスレーザビームの形状を前記被加工物の加工中に変化させて、前記第１の２次元レイヤの加工を行い、前記第２のパルスピッカー動作データに基づき、前記パルスピッカーを制御して前記パルスレーザビームの照射と非照射を切り替え、前記第２のアパーチャ動作データを用いて前記成形アパーチャを制御して前記パルスレーザビームの形状を前記被加工物の加工中に変化させて、前記第２の２次元レイヤの加工を行うことを特徴とする。

【発明の効果】

【0012】

本発明によれば、パルスレーザビームの形状を成型アパーチャを用いて可変とすることで、被加工物表面に形成するパターンの形状を設計上の形状に忠実に形成するパルスレーザ加工装置およびパルスレーザ加工方法を提供することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】第１の実施の形態のパルスレーザ加工装置の構成図である。

【図2】第１の実施の形態の成形アパーチャの具体的形状を示す模式図である。

【図3】第１の実施の形態のパルスレーザ加工装置のレーザビームスキャナの説明図である。

【図4】第１の実施の形態のパルスレーザ加工装置のレーザビームスキャナの走査の説明図である。

【図5】第１の実施の形態のレーザ加工装置のタイミング制御を説明する信号波形図である。

【図6】第１の実施の形態のパルスレーザ加工装置のパルスピッカー動作のタイミング制御を説明する信号波形図である。

【図7】第１の実施の形態のパルスレーザ加工装置による一加工例を示す図である。

【図8】図７の加工における特定の１次元方向の走査を示す図である。

【図9】図７の加工における特定のレイヤについての２次元加工を示す図である。

【図10】第２の実施の形態の成形アパーチャの説明図である。

【図11】第３の実施の形態のパルスレーザ加工装置の構成図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態のパルスレーザ加工装置およびパルスレーザ加工方法について説明する。

【0015】

（第１の実施の形態）
本実施の形態のパルスレーザ加工装置は、クロック信号を発生する基準クロック発振回路と、クロック信号に同期したパルスレーザビームを出射するレーザ発振器と、クロック信号に同期してパルスレーザビームを１次元方向のみに走査するレーザビームスキャナと、被加工物を載置可能で１次元方向に直交する方向に移動するステージと、レーザ発振器とレーザビームスキャナとの間の光路に設けられ、クロック信号に同期してパルスレーザビームの通過と遮断を切り替えるパルスピッカーと、パルスレーザビームの光パルス数に基づき、パルスピッカーを制御するパルスピッカー制御部と、パルスピッカーとレーザビームスキャナとの間の光路に設けられ、パルスレーザビームの形状を可変とする成形アパーチャと、を備える。

【0016】

本実施の形態のパルスレーザ加工装置は、パルスレーザビームの形状を、成型アパーチャを用いて可変とする。これにより、被加工物表面に形成するパターンの形状を設計上の形状に忠実に形成することが可能になる。あるいは、被加工物表面に形成するパターンの形状の自由度を増大させることが可能となる。

【0017】

また、本実施の形態のパルスレーザ加工装置は、レーザ発振器のパルス、レーザビームスキャナの走査、およびパルスレーザビームの通過と遮断を、同一のクロック信号に直接または間接的に同期させる。このように、レーザ系とビーム走査系の同期を維持することで、パルスレーザビームの照射スポットの位置決め精度を向上させる。

【0018】

そして、さらに、パルスレーザビームの光パルス数に基づき、パルスレーザビームの通過と遮断を制御することを可能にする。これにより、レーザ発振器のパルス、レーザビームスキャナの走査、およびパルスレーザビームの通過と遮断の同期維持が容易になる。また、制御回路の構成が簡略化できる。本実施の形態のパルスレーザ加工装置は、パルスレーザビームの照射スポットの位置決め精度を一層向上させるとともに、大型の被加工物表面の安定した微細加工とその高速化を容易に実現する。

【0019】

図１は、本実施の形態のパルスレーザ加工装置の構成図である。パルスレーザ加工装置１０は、その主要な構成として、レーザ発振器１２、パルスピッカー１４、ビーム整形器１６、成形アパーチャ１７、レーザビームスキャナ１８、ＸＹステージ部２０、パルスピッカー制御部２２および加工制御部２４を備えている。加工制御部２４には所望のクロック信号Ｓ１を発生する基準クロック発振回路２６が備えられている。

【0020】

レーザ発振器１２は、基準クロック発振回路２６で発生するクロック信号Ｓ１に同期したパルスレーザビームＰＬ１を出射するよう構成されている。このレーザ発振器１２は、超短パルスであるｐｓ（ピコ秒）レーザビームあるいはｆｓ（フェムト秒）レーザビームを発振するものが望ましい。

【0021】

ここでレーザ発振器１２から射出されるレーザ波長は被加工物の光吸収率、光反射率等を考慮して選択される。例えば、Ｃｕ、Ｎｉ、難削材であるＳＫＤ１１等を含む金属材料あるいはダイヤモンドライク・カーボン（ＤＬＣ）からなる被加工物の場合、Ｎｄ：ＹＡＧレーザの第２高調波（波長：５３２ｎｍ）を用いることが望ましい。

【0022】

パルスピッカー１４は、レーザ発振器１２とレーザビームスキャナ１８との間の光路に設けられる。そして、クロック信号Ｓ１に同期してパルスレーザビームＰＬ１の通過と遮断（オン／オフ）を切り替えることで被加工物（ワークＷ）の加工と非加工を切り替えるよう構成されている。このように、パルスピッカー１４の動作によりパルスレーザビームＰＬ１は、被加工物の加工のためにオン／オフが制御され変調された変調パルスレーザビームＰＬ２となる。

【0023】

パルスピッカー１４は、例えば音響光学素子（ＡＯＭ）で構成されていることが望ましい。また、例えばラマン回折型の電気光学素子（ＥＯＭ）を用いても構わない。

【0024】

パルスピッカー制御部２２は、パルスレーザビームの光パルス数に基づき、パルスピッカーを制御する機能を備える。パルスピッカー制御部２２は、加工制御部２４で生成され、被加工物に形成する加工パターンの情報を備える加工パターン信号Ｓ７にて制御される。

【0025】

ビーム整形器１６は、入射したパルスレーザビームＰＬ２を所望の形状に整形されたパルスレーザビームＰＬ３とする。例えば、ビーム径を一定の倍率で拡大するビームエクスパンダである。また、例えば、ビーム断面の光強度分布を均一にするホモジナイザのような光学素子が備えられていてもよい。また、例えばビーム断面を円形にする素子や、ビームを円偏光にする光学素子が備えられていても構わない。

【0026】

成形アパーチャ１７は、入射したパルスレーザビームＰＬ３の形状を可変とする。図２は、成形アパーチャの具体的形状を示す模式図である。図２に示すように、例えば、金属等のプレートにパルスレーザビームの形状を変更するための所望の形状を備えた開口部が設けられている。形状を変更されたパルスレーザビームＰＬ３はパルスレーザビームＰＬ４となる。

【0027】

図２（ａ）は開口部が大サイズの正方形、図２（ｂ）は開口部が小サイズの正方形、図２（ｃ）は開口部が大サイズの円形、図２（ｄ）は開口部が小サイズの円形である。なお、成形アパーチャ１７の形状は正方形、円形に限らず、正方形以外の矩形、正多角形、その他の多角形であってもかまわない。

【0028】

成形アパーチャ１７は、成形アパーチャ制御部（図示せず）で制御される。成形アパーチャ制御部は成形アパーチャ１７を動かし、パルスレーザビームＰＬ３の光路への挿入と抜去を行う。これにより、入射したパルスレーザビームＰＬ３の形状を可変とする。

【0029】

成形アパーチャ駆動部は、例えば、エアシリンダ等を用いることが可能である。成形アパーチャ制御部は、例えば、被加工物に形成する加工パターンの情報を備える加工パターン信号Ｓ７にて制御される。

【0030】

例えば、図２（ａ）の正方形の成形アパーチャを備える場合であり、成形アパーチャ入射前のパルスレーザビームＰＬ３の形状が円形である場合を考える。例えば、加工パターンのうち曲線部では、成形アパーチャを挿入せず円形のビームで加工する。一方、例えば、加工パターンのうち直線部または直線的な角部では成形アパーチャを挿入し正方形のビームで加工する。これにより、設計上所望される曲線および直線を忠実に再現することが可能となる。

【0031】

なお、成形アパーチャ１７は、１個に限られず複数個備えられ、形状に応じて使い分けてもかまわない。例えば、図２に示す４個の成形アパーチャをすべて備えもかまわない。これにより、さらに、被加工物表面に形成するパターンの形状を設計上の形状に忠実に形成することが可能となる。また、被加工物表面に形成するパターンの形状の自由度をさらに増大させることが可能となる。

【0032】

レーザビームスキャナ１８は、クロック信号Ｓ１に同期してパルスレーザビームＰＬ５を、１次元方向のみに走査するよう構成されている。このように、クロック信号Ｓ１に同期してパルスレーザビームＰＬ５を走査することにより、パルスレーザビームの照射スポットの位置決め精度が向上する。

【0033】

また、１次元方向のみの走査とすることによっても、パルスレーザビームの照射スポットの位置決め精度の向上を図ることができる。なぜなら、２次元方向の走査を行うレーザビームスキャナは、構造上１次元方向のみ走査するレーザビームスキャナに対してビームの位置精度が劣化するためである。

【0034】

レーザビームスキャナ１８としては、例えば１軸スキャンミラーを備えたガルバノメータ・スキャナが挙げられる。図３は、ガルバノメータ・スキャナを用いたレーザビームスキャナの説明図である。

【0035】

ガルバノメータ・スキャナは、１軸スキャンミラー２８、ガルバノメータ３０、レーザビームスキャナ制御部３２を有している。ここで、ガルバノメータ３０は、例えば走査角センサ３６からのフィードバックによるサーボ制御のようなスキャンミラー回転の駆動機構を備えている。

【0036】

加工制御部２４からは、クロック信号Ｓ１に同期した走査指令信号Ｓ２が送られる。そして、ガルバノメータ３０は、走査指令信号Ｓ２に基づくレーザビームスキャナ制御部３２からの駆動信号Ｓ３により駆動制御されるよう構成されている。ガルバノメータ・スキャナは、１軸スキャンミラー２８により全反射するパルスレーザビームＰＬ５を、図３の矢印に示すようにスキャンミラーの回転運動（首振り）に従い走査する。

【0037】

レーザビームスキャナ１８には、走査角センサ３６が備えられている。ガルバノメータ・スキャナの場合には、その１軸スキャンミラー２８の回転位置をロータリエンコーダ等によって検出する構造になっている。そして、走査角センサ３６は検出した走査角検出信号Ｓ４をレーザビームスキャナ制御部３２に送り、ガルバノメータ３０の駆動制御用として使用する。また、レーザビームスキャナ制御部３２は、走査角検出信号Ｓ４に基づき走査角信号Ｓ５を加工制御部２４に送信する。

【0038】

そして、上記１軸スキャンミラー２８で反射したパルスレーザビームＰＬ４は、ｆθレンズ３４を通り、１次元方向に、例えば一定の速度Ｖで並行して走査される像高Ｈ＝ｆθのパルスレーザビームＰＬ５となる。そして、このパルスレーザビームＰＬ５が、ＸＹステージ部２０上に保持される被加工物Ｗの表面を微細加工する照射パルス光として、被加工物Ｗ上に投射される。

【0039】

レーザビームスキャナ１８には、ガルバノメータ・スキャナの他に、例えば、ポリゴン・スキャナ、ピエゾ・スキャナ、またはレゾナント・スキャナ等を適用することも可能である。

【0040】

上記いずれのレーザビームスキャナであっても、加工を行う範囲で一定の走査速度Ｖが確保できるように制御するよう構成されることが、加工精度を上げる観点から重要である。図４は、本実施の形態のパルスレーザ加工装置のレーザビームスキャナの走査を説明する図である。図４に示すように、スキャンミラーの走査角範囲の走査開始位置から走査終了位置に対応する位置範囲には、加速期間、安定域、減速期間がある。加工精度をあげるためには、実際の加工範囲が含まれる安定域内で走査速度Ｖが一定となるよう制御するよう装置が構成されることが重要である。

【0041】

ＸＹステージ部２０は、被加工物Ｗを載置可能で、パルスレーザビームが走査される１次元方向に直交する方向を含むＸＹ方向に自在に移動できるＸＹステージ、その駆動機構部、ＸＹステージの位置を計測する例えばレーザ干渉計を有した位置センサ等を備えている。ここで、ＸＹステージは、２次元の広範囲、例えば１ｍ程度のＸ方向およびＹ方向の距離範囲で、連続移動あるいはステップ移動できるようになっている。そして、その位置決め精度および移動誤差がサブミクロンの範囲の高精度になるよう構成されている。

【0042】

加工制御部２４は、半導体集積回路からなるマイクロコンピュータ（ＭＣＵ）、マイクロプロセッサ（ＭＰＵ）、デジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）、半導体メモリ、回路基板等のハードウェアまたはこれらのハードウェアとソウトウェアとの組み合わせにより構成されている。パルスレーザ加工装置による加工を統合して制御する。

【0043】

次に、上記パルスレーザ加工装置１０を用いたパルスレーザ加工方法について説明する。このパルスレーザ加工方法は、ステージに被加工物（ワーク）を載置し、クロック信号を発生し、クロック信号に同期したパルスレーザビームを出射し、パルスレーザビームの光パルス数に基づき、クロック信号に同期してパルスレーザビームの照射と非照射を切り替え、被加工物表面に、パルスレーザビームをクロック信号に同期してレーザビームスキャナにより１次元方向に走査し、パルスレーザビームを１次元方向に走査した後に、上記１次元方向に直交する方向にステージを移動して、更にクロック信号に同期してパルスレーザビームを１次元方向に走査するパルスレーザ加工方法である。そして、パルスレーザビームの形状を、成形アパーチャを用いて被加工物の加工中に変化させる。

【0044】

図５は、本実施の形態のパルスレーザ加工装置のタイミング制御を説明する信号波形図である。ステージに載置されるワークＷを加工する際、レーザ発振器１２は内蔵する制御部によりレーザ発振の大半が制御され自律して動作する。もっとも、図５（ａ）に示すように基準クロック発振回路により生成される周期Ｔｐのクロック信号Ｓ１により、パルス発振のタイミングの制御が行われ、クロック信号Ｓ１に同期した周期ＴｐのパルスレーザビームＰＬ１を出射する。

【0045】

レーザビームスキャナ１８は、走査起動信号Ｓ１１に基づき図４に示す走査開始位置（走査原点）で走査起動する。この時、レーザビームスキャナ１８は図５（ａ）に示すように、クロック信号Ｓ１の立ち上がり（立下りでもよい）に同期した、加工制御部２４で生成される周期Ｔｓの走査指令信号Ｓ２により指示を受ける。そして、この走査指令信号Ｓ２に基づき、レーザビームスキャナ制御部３２がガルバノメータ３０の駆動制御を行う。

【0046】

このように、レーザビームスキャナ１８により、クロック信号Ｓ１に同期してパルスレーザビームを１次元方向に走査する。この時、パルスレーザビームの照射と非照射を切り替えることで、ワークＷ表面にパターンを加工する。なお、走査指令信号Ｓ２は、ＸＹ２−１００プロトコルに対応することで、例えば、１００ｋＨｚ（Ｔｓ＝１０μｓｅｃ）での、ガルバノメータ３０の走査角「０度」位置を基準とする絶対走査角指令に従う。

【0047】

なお、図５（ａ）は、例えば、パルスレーザビームの発振周波数を５００ｋＨｚ（Ｔｐ＝２μｓｅｃ）、パルスレーザビームのビーム径を１６μｍ、走査速度Ｖを４０００ｍｍ／ｓｅｃとした場合の、走査起動時のクロック信号Ｓ１の立ち上がりに同期した走査指令信号Ｓ２の例を示している。

【0048】

１次元方向にパルスレーザビームを走査した後に、上記１次元方向に直交する方向にステージを移動して、更に上記クロック信号に同期してパルスレーザビームを上記１次元方向に走査する。このように、パルスレーザビームの１次元方向の走査と、上記１次元方向に直交する方向にステージの移動が交互に行われる。

【0049】

ここで、レーザビームスキャナ１８からの走査角信号Ｓ５が、ＸＹステージ部の移動タイミングを指示する。レーザビームスキャナ１８の１次元走査方向をＸ軸方向とすると、上記移動タイミングにより、Ｙ軸方向の所定幅のステップ移動あるいは連続移動がなされる。その後、パルスレーザビームをＸ方向に走査する。

【0050】

ここで、図３の加速期間では、走査速度が早期に安定した走査速度Ｖになるように、走査指令信号Ｓ２によるレーザビームスキャナ１８の制御を行う。最適条件での１軸スキャンミラー２８の走査角繰り返し再現性は、安定域では１０μｒａｄ／ｐ−ｐ程度が得られることが経験的に明らかである。この値は、焦点距離が１００ｍｍのｆθレンズとした場合、１μｍ／ｐ−ｐの走査位置再現性になる。

【0051】

もっとも、加速期間における走査速度Ｖの繰り返し安定性は、長期の走査において１０倍程度まで悪化する。このため、図３における加工原点の位置が走査ごとに変動する恐れがある。そこで、加速期間終了後、充分に安定した領域で、パルスレーザビームＰＬ１の発振と、ビーム走査との同期をとるための同期角（θｓｙ）を設定する。充分に安定した領域に達するまでの走査角範囲は、例えば、加速期間が１ｍｓｅｃ〜１．５ｍｓｅｃで、焦点距離が１００ｍｍのｆθレンズとした場合、約２．３度〜３．４度である。

【0052】

そして、図５（ｂ）に示すように、この同期角を走査角センサ３６が検出する。そして、同期角を検出する時に走査開始位置からの走査角θ_０に対応する走査指令信号Ｓ２との位相差θｉを求める。そして、この位相差θ_ｉに基づき、走査指令信号Ｓ２に対する加工原点までの距離を補正する。

【0053】

上記加工原点までの距離の補正値は、加工時の第１回目の走査（ｉ＝１）を基準補正値として記憶させる。そして、以後のｉ＝ｎとなる第ｎ回目の走査開始位置からの走査の都度、位相差θ_ｎと位相差θ_１の差分を第ｎ回目走査の第１回目走査に対する走査指令信号Ｓ２に対する加工原点までの距離補正値とする。求められた距離補正値は、走査開始位置からの走査角θ_０に対する走査指令信号（Ｓ２：絶対走査角指令）以降の走査指令信号（Ｓ２）に与えることで、加工原点位置が補正される。このようにして、レーザビームスキャナ１８の加速期間における走査速度がばらついたとしても、第１回目走査時と第ｎ回目走査時の加工原点位置を一致させることが可能となる。

【0054】

以上のように、１次元方向にパルスレーザビームを走査した後に、上記１次元方向に直交する方向にステージを移動して、更に上記クロック信号Ｓ１に同期してパルスレーザビームを上記１次元方向に走査する場合において、走査ごとの加工原点位置が一致し、加工精度が向上する。

【0055】

上記、１次元方向にパルスレーザビームを走査する際に、パルスレーザビームの光パルス数に基づき、上記クロック信号Ｓ１に同期してパルスレーザビームの照射と非照射を切り替える。パルスレーザビームの照射と非照射は、パルスピッカーを用いて行われる。

【0056】

図３に示すように、
Ｓ_Ｌ：同期角検出位置からワークまでの距離
Ｗ_Ｌ：ワーク長
Ｗ_１：ワーク端から加工原点まで距離
Ｗ_２：加工範囲
Ｗ_３：加工終端からワーク端までの距離
とする。

【0057】

ここで、
加工原点＝同期角検出位置＋Ｓ_Ｌ＋Ｗ_１
となり、ワークはステージ上に固定位置で設置されるため、Ｓ_Ｌも固定距離となる。更に、同期角検出位置を基準とするワーク上の加工原点（以下、加工原点（ＳＹＮＣ）とも表記）は、
加工原点（ＳＹＮＣ）＝Ｓ_Ｌ＋Ｗ_１
となる。この加工原点（ＳＹＮＣ）は、上述のような補正を行うことで管理され、走査ごとに常に安定した位置から加工が開始される。なお、図３に示すように、実加工は加工範囲（Ｗ_２）に収まる範囲で行われる。

【0058】

例えば、ビームスポット径Ｄ（μｍ）、ビーム周波数Ｆ（ｋＨｚ）の加工条件で走査を行う場合、加工速度：Ｖ（ｍ／ｓｅｃ）は、スポット径の１／ｎずつ、ビームの照射位置をずらす場合、
Ｖ＝Ｄ×１０^−６×Ｆ×１０^３／ｎ
となる。

【0059】

パルスピッカーにより光パルスを制御して加工を行う場合、パルスピッカーで作成するパルスピッカー駆動信号Ｓ６は、実際に加工を行う領域を加工長により定義し、繰り返し加工ピッチを非加工長により定義することが可能である。ここで、加工長をＬ_１とし、非加工長をＬ_２とすると、パルスレーザビームの光パルス数に基づき、加工長レジスタ設定は、
加工パルス数＝（Ｌ_１／（Ｄ／ｎ））−１
非加工長レジスタ設定は、
非加工パルス数＝（Ｌ_２／（Ｄ／ｎ））＋１
とすることができる。

【0060】

また、加工原点（ＳＹＮＣ）から実際に加工を開始する位置を待機長として定義することで、加工形状ごとの開始位置を設定する。ここで、待機長をＬ_Ｗとすると、加工原点（ＳＹＮＣ）レジスタ設定は、
加工原点（ＳＹＮＣ）光パルス数＝（Ｓ_Ｌ＋Ｗ_１）／（Ｄ／ｎ）
待機長レジスタ設定は、
待機長光パルス数＝Ｌ_Ｗ／（Ｄ／ｎ）
とすることができる。

【0061】

なお、加工長、非加工長、待機長、加工原点（ＳＹＮＣ）に対する各レジスタへの設定値は、それぞれに対応する光パルス数である。そして、この光パルス数は、使用されるビームプロファイルに基づいて予め決定される補正のための光パルス数を加味した値となる。

【0062】

上記のレジスタ設定値は、照射する光パルス数で管理される。また、同期角検出後の加工待機区間についても光パルス数で管理される。このようにパルスピッカーの管理を光パルス数で行うことにより、基準となるクロック信号Ｓ１とパルスピッカーとの同期を容易に維持でき、安定した繰り返し性が維持される。そして、クロック信号Ｓ１とパルスピッカー１４との同期を維持することで、高精度なレーザ加工が簡易に実現される。

【0063】

図６は、本実施の形態のパルスレーザ加工装置のパルスピッカー動作のタイミング制御を説明する信号波形図である。加工データから生成され、光パルス数で管理される加工パターン信号Ｓ７は、加工制御部２４から出力される。

【0064】

図６に示すように、周期Ｔｐのクロック信号Ｓ１からｔ_１遅延したパルスレーザビーム（ＰＬ１）は、パルスピッカー駆動信号Ｓ６に基づき遮断／通過が制御される。なお、レーザビームスキャナ１８の走査と、パルスレーザビームの遮断／通過との同期は、走査角指令信号（Ｓ２）生成タイミングをクロック信号（Ｓ１）に同期させることで行っている。

【0065】

例えば、パルスピッカー駆動信号Ｓ６は、加工パターン信号Ｓ７をクロック信号Ｓ１の立ち上がりによりサンプリングする。そして、クロック信号Ｓ１の一クロックの立ち上がりからｔ_２時間遅延して立ち上がる。そして、所要のパルス数に相当するクロック数後、加工パターン信号Ｓ７がインアクティブとなった状態をクロック信号Ｓ１の立ち上がりでサンプリングし、ｔ_３時間遅延して立ち下がる。

【0066】

そして、このパルスピッカー駆動信号Ｓ６により、パルスピッカー１４の動作が遅延時間ｔ_４およびｔ_５経過後に生ずる。このパルスピッカー１４の動作により、パルスレーザビーム（ＰＬ１）が、変調パルスレーザビーム（ＰＬ２）として抽出される。

【0067】

ここで、加工データは、例えば、３次元形状の指定、寸法、形状の数、配置位置、ワークの材料名、ワークの寸法等で構成されている。加工データは加工制御部２４で解析される。そして、加工に使用されるレーザの発振器動作、ビーム走査条件である照射パルスエネルギー、ビームスポット径、ビーム形状、繰り返し周波数、走査速度、ステージ送り量等の条件から単位光パルスの加工量が経験的に得られる。

【0068】

上記条件を基に、更に３次元形状から２次元レイヤに分解し、各レイヤ毎のビットマップデータ等による２次元データに変換する。この２次元データからパルスピッカー１４の動作データ（加工パルス数、非加工パルス数、待機長パルス数）に変換する。また、成形アパーチャ１７の動作データ（ビーム形状）に変換する。

【0069】

例えば、Ｃｕ材に加工を行う場合、ビームスポット径Ｄ＝１５μｍ、繰り返し周波数Ｆ＝５００ｋＨｚ、ビーム照射移動比ｎ＝２の加工条件で操作を行うとすると、加工速度Ｖは、Ｖ＝３．７５ｍ／ｓｅｃとなる。また、照射パルスエネルギーを１μＪ／パルスとすると、加工深さが０．１μｍとなる。したがって、加工形状のレイヤ分解幅を０．１μｍとすればよい。なお、このようにして分解されたレイヤの数をレイヤ数Ｒｎと称する。

【0070】

次に、レイヤ毎のパルスピッカー動作データ、すなわち、加工パルス数、非加工パルス数、待機長パルス数について説明する。図７は実施の形態のパルスレーザ加工装置による一加工例を示す図である。図８は図７の加工における特定の１次元方向の走査を示す図である。図９は図７の加工における特定のレイヤについての２次元加工を示す図である。

【0071】

図７に示すように、例えば、ＬＸ_１（横）×ＬＹ_１（縦）×Ｄｐ（深さ）、具体的には、例えば、５２．５μｍ×３７．５μｍ×０．１ＲｎμｍのポケットをワークＷ上の９箇所に形成する。この加工例では、ビーム走査方向であるＸ方向については、ＬＸ_１の加工長とＬＸ_２の非加工長の加工を行い、ステージ移動方向であるＹ方向については、ＬＹ_１の加工長で、ＬＹ_２、ＬＹ_３の非加工長の加工を行う。

【0072】

図８には、Ｙ方向で、ＬＹ_１に相当する領域内の１本のラインの１次元方向の走査を示す。同期角検出位置からＳ_Ｌ＋Ｗ_１、光パルス数にして（Ｓ_Ｌ＋Ｗ_１）／（Ｄ／ｎ）離れた加工原点（ＳＹＮＣ）を基準にＬｗ、光パルス数にしてＬ_Ｗ／（Ｄ／ｎ）の待機長をおいて、ワークへのパルスレーザビーム照射が行われる。この照射は光パルス数にして（ＬＸ_１／（Ｄ／ｎ））−１である。その後、光パルス数にして（ＬＸ_２／（Ｄ／ｎ））＋１の間、非照射とし、更に、光パルス数で管理された照射と非照射を同一走査内で繰り返す。

【0073】

１次元方向のみに走査されるレーザビームスキャナ１８により、特定のＸ方向のライン走査が終了すると、ステージをＸ方向に直交するＹ方向に移動させて、更にレーザビームスキャナ１８により、Ｘ方向の走査を行う。すなわち、レーザビームスキャナ１８によるパルスレーザビームの１次元方向の走査と、この走査に続く１次元方向に直交する方向のステージの移動を交互に繰り返すことで、被加工物を加工する。

【0074】

このようにして、図９に示すような特定のレイヤについての２次元加工が行われる。さらに、レイヤ分解により生成された別のレイヤについて、図９に占めすと同様な手法で２次元加工を行う。このようなレイヤ毎の加工を繰り返して、最終的に図７に示すような３次元のポケット加工が完了する。

【0075】

なお、本実施の形態では、パルスレーザビームの形状を、成形アパーチャを用いて被加工物の加工中に変化させる。例えば、図９に示すように、設計上丸みを帯びた角部は円形のビームを照射し加工する。一方、設計上直線のポケット外周部は正方形のビームを照射して加工する。このビームの形状の切り替えは成形アパーチャ１７の挿入と抜去を制御することにより行う。

【0076】

具体的には、角部の照射の際には、例えば、成形アパーチャを挿入せず、円形のビームを照射する。または、例えば、図２（ｃ）、（ｄ）のような円形の成形アパーチャを挿入する。一方、外周部の照射の際には、例えば、図２（ａ）、（ｂ）のような正方形のアパーチャを挿入する。

【0077】

ビーム形状の変更は、まず円形のビームで走査し、その後、同一走査線上を正方形のビームで走査してもかまわない。

【0078】

以上、本実施の形態によれば、パルスレーザビームの形状を、成型アパーチャを用いて可変とする。これにより、被加工物表面に形成するパターンの形状を設計上の形状に忠実に形成することが可能になる。あるいは、被加工物表面に形成するパターンの形状の自由度が増大する。

【0079】

（第２の実施の形態）
本実施の形態のパルスレーザ加工装置は、成形アパーチャが第１アパーチャとこの第１アパーチャに対して独立に駆動する第２アパーチャで構成され、第１アパーチャと第２アパーチャの重なり程度によりパルスレーザビームの形状を可変とする点以外は、第１の実施の形態と同様である。したがって、第１の実施の形態と重複する内容については記述を省略する。

【0080】

図１０は、本実施の形態の成形アパーチャの説明図である。図１０（ａ）が第１のアパーチャ２７ａ、図１０（ｂ）が第２のアパーチャ２７ｂである。第１のアパーチャ２７ａは三角形と四角形を合わせた形状を呈している。一方、第２のアパーチャ２７ｂは正方形である。

【0081】

第１のアパーチャ２７ａと第２のアパーチャ２７ｂとは、独立に駆動する。いずれか一方がパルスレーザビームの光軸に対して固定式であってもかまわない。

【0082】

第１のアパーチャ２７ａと第２のアパーチャ２７ｂとが独立に駆動してその重なり程度が変化することにより、異なる形状のビームを形成することが可能となる。例えば、図１０（ｃ）のように重ねることで、長方形のビームを形成することが可能である。また、図１０（ｄ）のように重ねることで、三角形のビームを形成することが可能となる。

【0083】

本実施の形態によれば、ビームの形状の選択肢が広がることにより、さらに、被加工物表面に形成するパターンの形状を設計上の形状に忠実に形成することが可能になる。あるいは、さらに、被加工物表面に形成するパターンの形状の自由度を増大させることが可能となる。

【0084】

（第３の実施の形態）
本実施の形態のパルスレーザ加工装置は、クロック信号を発生する基準クロック発振回路と、クロック信号に同期した第１のパルスレーザビームを出射する第１のレーザ発振器と、クロック信号に同期した第２のパルスレーザビームを出射する第２のレーザ発振器と、クロック信号に同期して第１のパルスレーザビームの通過と遮断を切り替える第１のパルスピッカーと、クロック信号に同期して第２のパルスレーザビームの通過と遮断を切り替える第２のパルスピッカーと、第１のパルスレーザビームの光パルス数に基づき、第１のパルスピッカーを制御する第１のパルスピッカー制御部と、第２のパルスレーザビームの光パルス数に基づき、第２のパルスピッカーを制御する第２のパルスピッカー制御部と、第１のパルスピッカーとレーザビームスキャナとの間の光路、または、第２のパルスピッカーとレーザビームスキャナとの間の光路の少なくともいずれか一方に設けられ、第１または第２のパルスレーザビームの形状を可変とする成形アパーチャと、クロック信号に同期して第１および第２のパルスレーザビームを１次元方向のみに走査するレーザビームスキャナと、被加工物を載置可能で１次元方向に直交する方向に移動するステージと、を備える。

【0085】

本実施の形態のパルスレーザ加工装置は、レーザ発振器からパルスピッカーに至るレーザ系統を２系統備える点以外は、基本的に第１または第２の実施の形態と同様である。したがって、第１または第２の実施の形態と重複する内容については記述を省略する。

【0086】

図１１は、本実施の形態のパルスレーザ加工装置の構成図である。パルスレーザ加工装置１０は、その主要な構成として、加工データ入力部１１、第１のレーザ発振器１２ａ、第２のレーザ発振器１２ｂ、第１のパルスピッカー１４ａ、第２のパルスピッカー１４ｂ、第１のビーム整形器１６ａ、第２のビーム整形器１６ｂ、第１の成形アパーチャ１７ａ、第２の成形アパーチャ１７ｂ、合波器４０、レーザビームスキャナ１８、ＸＹステージ部２０、第１のパルスピッカー制御部２２ａ、第２のパルスピッカー制御部２２ｂ、加工パターン分割部５０および加工制御部２４を備えている。加工制御部２４には所望のクロック信号Ｓ１を発生する基準クロック発振回路２６、加工パターン生成部５４が備えられている。

【0087】

基準クロック発振回路２６ではクロック信号Ｓ１が生成される。第１および第２のレーザ発振器１２ａ、１２ｂは、クロック信号Ｓ１に同期したパルスレーザビームＰＬ１ａを出射するよう構成されている。

【0088】

第１のパルスピッカー１４ａは、第１のレーザ発振器１２ａの後段、レーザビームスキャナ１８の前段の光路に設けられる。そして、クロック信号Ｓ１に同期して第１のパルスレーザビームＰＬ１ａの通過と遮断（オン／オフ）を切り替えることで被加工物（ワークＷ）の加工と非加工を切り替えるよう構成されている。このように、第１のパルスピッカー１４ａの動作により第１のパルスレーザビームＰＬ１ａは、被加工物の加工のためにオン／オフが制御され変調された第１の変調パルスレーザビームＰＬ２ａとなる。

【0089】

第１のビーム整形器１６ａは、入射した第１のパルスレーザビームＰＬ２ａを所望の形状に整形された第１のパルスレーザビームＰＬ３ａとする。例えば、ビーム径を一定の倍率で拡大するビームエクスパンダである。また、例えば、ビーム断面の光強度分布を均一にするホモジナイザのような光学素子が備えられていてもよい。また、例えばビーム断面を円形にする素子や、ビームを円偏光にする光学素子が備えられていても構わない。

【0090】

第１の成形アパーチャ１７ａは、入射した第１のパルスレーザビームＰＬ３ａの形状を可変とする。形状を変更された第１のパルスレーザビームＰＬ３ａは第１のパルスレーザビームＰＬ４ａとなる。

【0091】

成形アパーチャ１７は、例えば、第１の成形アパーチャ制御部（図示せず）で制御される。第１の成形アパーチャ制御部は第１の成形アパーチャ１７ａを動かし、第１のパルスレーザビームＰＬ３ａの光路への挿入と抜去を行う。これにより、入射した第１のパルスレーザビームＰＬ３ａの形状を可変とする。

【0092】

第１の成形アパーチャ制御部は、例えば、加工パターン分割部５０で生成され、被加工物に形成する加工パターンの情報を備える第１の加工パターン信号Ｓ７ａにて制御される。

【0093】

第２のパルスピッカー１４ｂは、第２のレーザ発振器１２ｂの後段、レーザビームスキャナ１８の前段の光路に設けられる。そして、クロック信号Ｓ１に同期して第２のパルスレーザビームＰＬ１ｂの通過と遮断（オン／オフ）を切り替えることで被加工物（ワークＷ）の加工と非加工を切り替えるよう構成されている。このように、第２のパルスピッカー１４ｂの動作により第２のパルスレーザビームＰＬ１ｂは、被加工物の加工のためにオン／オフが制御され変調された第２の変調パルスレーザビームＰＬ２ｂとなる。

【0094】

第２のビーム整形器１６ｂは、入射した第２のパルスレーザビームＰＬ２ｂを所望の形状に整形された第２のパルスレーザビームＰＬ３ｂとする。例えば、ビーム径を一定の倍率で拡大するビームエクスパンダである。また、例えば、ビーム断面の光強度分布を均一にするホモジナイザのような光学素子が備えられていてもよい。また、例えばビーム断面を円形にする素子や、ビームを円偏光にする光学素子が備えられていても構わない。

【0095】

なお、第２のビーム整形器１６ｂは、第１のビーム整形器１６ａと異なる形状に整形する光学素子を備えていてもかまわない。

【0096】

第２の成形アパーチャ１７ｂは、入射した第２のパルスレーザビームＰＬ３ｂの形状を可変とする。形状を変更された第２のパルスレーザビームＰＬ３ｂは第２のパルスレーザビームＰＬ４ｂとなる。

【0097】

第２の成形アパーチャ１７ｂは、例えば、第２の成形アパーチャ制御部（図示せず）で制御される。第２の成形アパーチャ制御部は第２の成形アパーチャ１７ａｂを動かし、第２のパルスレーザビームＰＬ３ｂの光路への挿入と抜去を行う。これにより、入射した第２のパルスレーザビームＰＬ３ｂの形状を可変とする。

【0098】

第２の成形アパーチャ制御部は、例えば、加工パターン分割部５０で生成され、被加工物に形成する加工パターンの情報を備える第２の加工パターン信号Ｓ７ｂにて制御される。

【0099】

第２の成形アパーチャ１７ｂは、第１の成形アパーチャ１７ａと独立して駆動するため、第２のパルスレーザビームＰＬ３ｂの形状を第１のパルスレーザビームＰＬ３ａと異なる形状に制御することが可能である。

【0100】

合波器４０は、例えば、第１のミラー４０ａと第２のミラー４０ｂとで構成される。第１のミラー４０ａは例えば折り返しミラーであり、第２のミラー４０ｂは例えばハーフミラーである。第１のミラー４０ａは、例えば、ピエゾ素子を利用した駆動系を備えたホルダーで保持され、微細な位置調整を可能としている。

【0101】

合波器４０は、第１のパルスレーザビームＰＬ４ａと第２のパルスレーザビームＰＬ４ｂの光軸をそろえる機能を備える。２つのパルスレーザビームを合波して同時に被加工物に照射することも可能である。

【0102】

このように、別個のレーザ発振器で生成された２系列のパルスレーザビームのビーム形状を、成形アパーチャを用いて独立に制御する。これにより、被加工物表面に形成するパターンの形状を設計上の形状に忠実に形成することが可能になる。あるいは、被加工物表面に形成するパターンの形状の自由度を増大させることが可能となる。

【0103】

レーザビームスキャナ１８は、クロック信号Ｓ１に同期してパルスレーザビームＰＬ５を、１次元方向のみに走査するよう構成されている。

【0104】

加工データ入力部１１では、被加工物の加工データが入力される。加工データは、例えば、例えば、３次元形状の指定、寸法、形状の数、配置、ワークの材料名、ワークの寸法等で構成されている。３次元形状の指定は、例えば、被加工物の加工後の形状がカラーデータとして含まれるビットマップ形式のデータにより行われる。加工データ入力部１１は、例えば、加工データが記憶される記憶媒体、例えば半導体メモリやＤＶＤ（Ｄｅｇｉｔａｌ Ｖｉｄｅｏ Ｄｉｓｋ）等の記憶媒体読み取り装置である。

【0105】

加工制御部２４は、加工データ入力部１１から入力される加工データに基づき、パルスレーザ加工装置による加工を統合して制御する。加工制御部２４は、クロック信号Ｓ１を発生する基準クロック発振回路２６を備えている。

【0106】

さらに、加工制御部２４は、加工データ入力部１１から入力される加工データから、実際の加工に即したパラメータのデータの加工パターンに変換する。加工データは加工制御部２４で解析される。そして、加工に使用されるレーザの発振器動作、ビーム走査条件である照射パルスエネルギー、ビームスポット径、ビーム形状、繰り返し周波数、走査速度、ステージ送り量等の条件から単位光パルスの加工量が経験的に得られる。

【0107】

上記条件を基に、更に３次元形状から２次元レイヤに分解し、レイヤ毎のビットマップデータ等による２次元データに変換する。この２次元データからパルスピッカーの動作データ（加工パルス数、非加工パルス数、待機長パルス数）に変換する。

【0108】

加工パターン生成部５４で生成される加工パターンは、例えば、レーザビームの走査毎の待機長、加工長、非加工長がパルス数を単位として記述された加工テーブルである。加工データ生成部では、例えば、合波された後の合波パルスレーザビームのパルス数を単位として記述された加工テーブルを生成する。

【0109】

加工テーブルは、例えば、加工パターンについて、待機長、加工長、非加工長、パルスレーザビームの形状をパルスレーザビームの光パルス数に基づき記載する。

【0110】

加工パターン分割部５０では、加工パターン生成部５４で生成された加工パターンを、第１の副加工パターンと第２の副加工パターンに分割する機能を備える。第１の副加工パターンは第１のパルスレーザビームＰＬ１ａから第１のパルスレーザビームＰＬ２ａを生成するために用いられる。また、第２の副加工パターンは第２のパルスレーザビームＰＬ１ｂから第２のパルスレーザビームＰＬ２ｂを生成するために用いられる。

【0111】

第１の副加工パターンは、例えば、レーザビームの走査毎の待機長、加工長、非加工長、パルスレーザビームの形状が第１のパルスレーザビームＰＬ１ａのパルス数を単位として記述された加工テーブルである。また、第２の副加工パターンは、例えば、レーザビームの走査毎の待機長、加工長、非加工長、パルスレーザビームの形状が第２のパルスレーザビームＰＬ１ｂのパルス数を単位として記述された加工テーブルである。

【0112】

第１の副加工パターンは、第１のパルスピッカー制御部２２ａに転送され、第１のパルスピッカー１４ａの制御に用いられる。また、第２の副加工パターンは、第２のパルスピッカー制御部２２ｂに転送され、第２のパルスピッカー１４ｂの制御に用いられる。

【0113】

第１の副加工パターンは、第１の成形アパーチャ制御部２２ａに転送され、第１の成形アパーチャ１７ａの制御に用いられる。また、第２の副加工パターンは、第１の成形アパーチャ制御部に転送され、第２の成形アパーチャ１７ｂの制御に用いられる。

【0114】

加工制御部２４、加工パターン分割部５０は、半導体集積回路からなるマイクロコンピュータ（ＭＣＵ）、マイクロプロセッサ（ＭＰＵ）、デジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）、半導体メモリ、回路基板等のハードウェアまたはこれらのハードウェアとソウトウェアとの組み合わせにより構成されている。

【0115】

本実施の形態では、２系列のレーザビームを用いる。そして、それぞれ独立にビーム形状を成形アパーチャを用いて可変に制御する。例えば、図９のような二次元レイヤを加工する場合、円形のビームは第１のパルスレーザビームを用いて被加工物に照射し、正方形のビームは第２のパルスレーザビームを用いて照射する。これにより、例えば、一走査の間に成形アパーチャを動作させてビーム形状を変更することが不要となり、被加工物の加工の高速化を実現することが可能となる。

【0116】

以上、本実施の形態によれば、さらに、被加工物表面に形成するパターンの形状を設計上の形状に忠実に形成することが可能になる。あるいは、さらに、被加工物表面に形成するパターンの形状の自由度を増大させることが可能となる。そして、被加工物の加工の高速化も実現することが可能となる。

【0117】

なお、ここでは２つのレーザビーム系列の双方に成形アパーチャを設ける場合を例に説明したが、いずれか一方の系列に成形アパーチャを設ける構成とすることも可能である。

【0118】

また、第１の成形アパーチャ１７ａと第２の成形アパーチャ１７ｂは同種のものであっても異種のものであってもかまわない。

【0119】

また、第１の成形アパーチャ１７ａと第２の成形アパーチャ１７ｂのいずれか一方、または、双方を、第２の実施の形態で示したような、第１アパーチャと第２アパーチャの重なり程度によりパルスレーザビームの形状を可変とする構成としてもかまわない。

【0120】

以上、具体例を参照しつつ本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明は、これらの具体例に限定されるものではない。パルスレーザ加工装置、パルスレーザ加工方法等で、本発明の説明に直接必要としない部分については記載を省略したが、必要とされるパルスレーザ加工装置、パルスレーザ加工方法を適宜選択して用いることができる。その他、本発明の要素を具備し、当業者が適宜設計変更しうる全てのパルスレーザ加工装置、パルスレーザ加工方法は、本発明の範囲に包含される。

【0121】

例えば、実施の形態では、ポケットを加工する場合を例に説明したが、これらの形状に限られることなく、例えば、マイクロレンズ用金型のディンプル形状、電子ペーパ用のリブを製造するための円錐形状、あるいは三角錐、四角錘、Ｖ溝、凹溝、Ｒ溝等の任意形状の加工、その組み合わせの形状の加工を行うパルスレーザ加工装置またはパルスレーザ加工方法であっても構わない。

【0122】

また、被加工物として、主にＣｕ材を例に説明したが、例えば、Ｎｉ材、ＳＫＤ１１等の金属材、ＤＬＣ材、高分子材料、半導体材、ガラス材等のその他の材料であっても構わない。

【0123】

また、レーザ発振器としては、ＹＡＧレーザに限ることなく、被加工物の加工に適したその他の、例えば、Ｎｄ：ＹＶＯ_４レーザの第２高調波（波長：５３２ｎｍ）のような単一波長帯レーザあるいは複数波長帯レーザを出力するものであっても構わない。

【符号の説明】

【0124】

１０ パルスレーザ加工装置
１２ レーザ発振器
１２ａ 第１のレーザ発振器
１２ｂ 第２のレーザ発振器
１４ パルスピッカー
１４ａ 第１のパルスピッカー
１４ｂ 第２のパルスピッカー
１７ 成形アパーチャ
１７ａ 第１の成形アパーチャ
１７ｂ 第２の成形アパーチャ
１８ レーザビームスキャナ
２０ ＸＹステージ部
２２ パルスピッカー制御部
２２ａ 第１のパルスピッカー制御部
２２ｂ 第２のパルスピッカー制御部
２７ａ 第１のアパーチャ
２７ｂ 第２のアパーチャ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】